离心式压缩机的型号代号编制方法及稳定工作范围的限制

( 一) 离心压缩机的工作原理、主要构造和型号

离心压缩机又称透平压缩机，其结构、工作原理与离心通风机鼓风机相似，但由于单级压缩机不可能产生很高的风压，故离心压缩机都是多级的，叶轮的级数较多，通常在10 级以上。叶轮转速高，一般在5000r/min 以上。因此可以产生很高的出口压强。由于气体的体积变化较大，温度升高也较显著，故离心压缩机常分成几段，每段包括若干级，叶轮直径逐段减小，叶轮宽度也逐级有所减小。段与段间设有中间冷却器将气体冷却，避免气体终温过高，如图1-48 所示。

图1-48　离心式压缩机典型结构图

1—吸入室 2—叶轮 3—扩压器 4—弯道 5—回流器 6—蜗室7，8—轴端密封 9—隔板密封 10—轮改密封 11—平衡盘

离心压缩机的主要优点:体积小，重量轻，运转平稳，排气量大且均匀，占地面积小，操作可靠，调节性能好，备件需要量少，维修方便，压缩绝对无油，非常适宜处理那些不宜与油接触的气体;主要缺点:当实际流量偏离设计点时效率下降，制造精度要求高，不易加工。

近年来在化工生产中，除了要求终压特别高的情况，离心压缩机的应用已日趋广泛。

国产离心压缩机的型号代号的编制方法有许多种。有一种与离心鼓风机型号的编制方法相似，例如，DA35 -61 型离心压缩机为单侧吸入，流量为350m3/min，有6 级叶轮，第1 次设计的产品。另一种型号代号编制法，以所压缩的气体名称的头一个拼音字母来命名。例如，LT185 -13 -1，为石油裂解气离心压缩机。流量为185m3/min，有13 级叶轮，第1 次设计的产品。离心压缩机作为冷冻机使用时，型号代号表示出其冷冻能力。还有其他的型号代号编制法，可参看其使用说明书。

图1-49　离心压缩机性能

( 二) 离心压缩机的性能曲线与调节

离心压缩机的性能曲线与离心泵的特性曲线相似，是由实验测得。图1 -49 为典型的离心压缩机性能曲线，它与离心泵的特性曲线很相像，但其最小流量Q 不等于零，而等于某一定值。离心压缩机也有一个设计点，实际流量等于设计流量时，效率η 最高;流量与设计流量偏离越大，则效率越低;一般流量越大，压缩比ε 越小，即进气压强一定时流量越大出口压强越小。

当实际流量小于性能曲线所表明的最小流量时，离心压缩机就会出现一种不稳定工作状态，称为喘振。喘振现象开始时，由于压缩机的出口压强突然下降，不能送气，出口管内压强较高的气体就会倒流入压缩机。发生气体倒流后，使压缩机内的气量增大，至气量超过最小流量时，压缩机又按性能曲线所示的规律正常工作，重新把倒流进来的气体压送出去。压缩机恢复送气后，机内气量减少，至气量小于最小流量时，压强又突然下降，压缩机出口处压强较高的气体又重新倒流入压缩机内，重复出现上述的现象。这样，周而复始地进行气体的倒流与排出。在这个过程中，压缩机和排气管系统产生一种低频率高振幅的压强脉动，使叶轮的应力增加，噪声加重，整个机器强烈振动，无法工作。由于离心压缩机有可能发生喘振现象，它的流量操作范围受到相当严格的限制，不能小于稳定工作范围的最小流量。一般最小流量为设计流量的70% ～85%。压缩机的最小流量随叶轮的转速的减小而降低，也随气体进口压强的降低而降低。

离心压缩机的调节方法有:

(1) 调整出口阀的开度。此方法很简便，但使压缩比增大，消耗较多的额外功率，不经济。

(2) 调整入口阀的开度。此方法很简便，实质上是保持压缩比降低出口压强，消耗额外功率较上述方法少，使最小流量降低，稳定工作范围增大。这是常用的调节方法。

(3) 改变叶轮的转速。此法是最经济的方法。有调速装置或用蒸汽机为动力时应用方便。

( 三) 离心式压缩机的操作

1.开车前的准备工作

(1) 检查电器开关、声光信号、联锁装置、轴位计、防喘装置、安全阀以及报警装置等是否灵敏、准确、可靠。

(2) 检查油箱内有无积水和杂质，油位不低于油箱高度的2/3; 油泵和过滤器是否正常; 油路系统阀门开关是否灵活好用。

(3) 检查冷却水系统是否畅通，有无渗漏现象。

(4) 检查进气系统有无堵塞现象和积水存液，排气系统阀门、安全阀、止回阀是否动作灵敏可靠。

2.运行

(1) 启动主机前，先开油泵使各润滑部位充分有油，检查油压、油量是否正常; 检查轴位计是否处于零位和进出阀门是否打开。

(2) 启动后空车运行15min 以上，未发现异常，逐渐关闭放空阀进行升压，同时打开送气阀门向外送气。

(3) 经常注意气体压强、轴承温度、蒸汽压强或电流大小、气体流量、主机转速等，发现问题及时调整。

(4) 经常检查压缩机运行声音和振动情况，有异常及时处理。

(5) 经常查看和调节各段的排气温度和压强，防止过高或过低。

(6) 严防压缩机抽空和倒转现象发生，以免损坏设备。

3.停车 停车时要同时关闭进气、排气阀门。先停主机、油泵和冷却水，如果汽缸和转子温度高时，应每隔15min 将转子转180°，直到温度降至30℃为止，以防转子弯曲。

4.紧急停车处理 遇到下列情况时，应作紧急停车处理:

(1) 断电、断油、断蒸汽时。

(2) 油压迅速下降，超过规定极限而联锁装置不工作时。

(3) 轴承温度超过报警值仍继续上升时。

(4) 电机冒烟有火花时。

(5) 轴位计指示超过指标，保安装置不工作时。

(6) 压缩机发生剧烈振动或异常声响时。

复习与思考

1.何谓绝对压力、表压和真空度? 进行压力计算时应注意哪些问题?(www.xing528.com)

2.什么是流体的黏性? 如何测量?

3.什么是稳定流动系统和不稳定流动系统? 试举例说明。

4.应用柏努利方程式时，应注意哪些问题? 如何选取基准面和截面?

5.已知水在水平管路中流动由A→B，如图1 -50 所示。问A、B 两截面上:

①哪个大? 为什么?

图1-50

②体积流量VSA 、VSB 哪个大? 为什么?

③uA、uB 哪个大? 为什么?

6.流体的流动类型有哪几种? 如何判断? 什么是层流内层? 层流内层的厚度与什么因素有关?

7.产生流动阻力的原因是什么? 流动阻力有哪几部分构成?

8.在圆、直管内作层流流动的流体，若管径减小一半，问流速、雷诺数、压力降如何变化?

9.减少流动阻力的途径是什么?

10.为什么流体在管内要选择适宜的流速? 如何选择?

11.试述管路的布置与安装原则。

12.简述离心泵的主要结构部件和工作原理。

13.什么是气蚀现象? 气蚀现象有什么破坏作用? 如何防止气蚀现象的发生?

14.简述离心泵流量调节的方法和用出口阀调节流量的基本原理及优点。

15.一台离心泵在正常运行一段时间后，流量开始下降，可能会由哪些原因导致?

计算题

1.已知硫酸与水的密度分别为1830kg/m3 与998kg/m3，试求含硫酸为60%( 质量分数) 的硫酸水溶液的密度。

2.燃烧重油所得的燃烧气，经分析得知其中含CO2 8.5%，O2 7.5%，N2 76%，H2O 8%( 体积分数) ，试求此混合气体在温度为500℃、压力为101.3kPa 时的密度。

3.在稳定流动系统中，水连续从粗管流入细管。粗管内径d1 =10cm，细管内径d2 =5cm，当流量为4 ×10-3m3/s 时，求粗管内和细管内水的流速?

4.如图1 -51 所示，密闭容器中存有密度为900kg/m3 的液体。容器上方的压力表读数为42kPa，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m，其读数为58kPa。试计算液面到下方测压口的距离。

5.用内径是100mm 的钢管从江中取水，用泵送入蓄水池。水由池底进入，池中水面高出江面30m，水在管内的流速是1.5m/s，管路的压头损失为1.72m。如果泵的轴功率为5kW，求泵的效率是多少?

图1-51

6.如图1 -52 所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg( 不包括出口) ，试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。

7.水经过内径为200mm 的管子由水塔内流向各用户。水塔内的水面高于排出管端25m，且维持水塔中水位不变。设管路全部能量损失为24.5mm H2O，试求管路中水的体积流量为多少( 以m3/h 计) ?

8.黏度8 ×10-3Pa·s，密度为850kg/m3 的液体在内径为14mm 的钢管内流动，溶液的流速为1m/s，试计算雷诺数Re，并指明属于何种流动类型。

9.计算10℃水以2.7 ×10-3m3/s 的流量流过φ57mm ×3.5mm、长20m 水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失( 设管壁的粗糙度为0.5mm) 。

10.某离心泵以71m3/h 的送液量输送密度为850kg/m3 的溶液，在压出管路上压力表读数为3.2atm，吸入管路上真空表读数为220mmHg，两表之间的垂直距离为0.4m，泵的进出口管径相等。两侧压口间管路的流动阻力可忽略不计，如果泵的效率为60%，求该泵的轴功率。

11.用型号为IS65 -50 -125 的离心泵将敞口贮槽中80℃的水送出，吸入管路的压头损失为4m，当地大气压为98kPa。试确定此泵的安装高度。

图1-52

12.用内径100mm 的钢管从江中取水，送入蓄水池。池中水面高出江面30m，管路的长度( 包括管件的当量长度) 为60m。水在管内的流速为1.5m/s。今仓库里有下列四种规格的离心泵，试从中选一台合适的泵。已知管路的摩擦系数为0.028。

13.常压贮槽内装有某石油产品，在储存条件下其密度为760kg/m3。现将该油品送入反应釜中，输送管路为φ57mm×2mm，由液面到设备入口的升扬高度为5m，流量为15m3/h。釜内压力为148kPa( 表压) ，管路的压头损失为5m( 不包括出口阻力) 。试选择一台合适的油泵。

14.某车间丁烷贮槽内储存温度为30℃的丁烷溶液，贮槽液面压强为324.24kPa(3.2atm)( 绝压) ，槽内最低液面高度在泵进口管中心线以下2.4m。已知30℃时丁烷的饱和蒸气压为3.1atm，相对密度为0.58，泵吸入管路的压头损失为1.6m，泵的汽蚀余量为3.2m。试问该泵的安装高度能否保证正常操作?